Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Утилизация полиэтиленовых пакетов

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1 Методы переработки полимерных материалов 5

1.1 Сжигание полимерных материалов 7

1.2 Захоронение полимерных материалов на полигонах 8

1.3 Вторичная переработка полимерных материалов 10

2 Утилизация полиэтиленовых пакетов 12

3 Вторичная переработка полиэтиленовых пакетов 14

4 Агломератор для переработки полиэтилена 17

5 Производственная линия сортировки мусора 18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 20

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 21

Приложение А 24

Приложение Б 25

ВВЕДЕНИЕ

Первые фасовочные полиэтиленовые пакеты появились в 1957 году в США, после этого их стали широко использовать для упаковки продуктов питания, одежды. Удобство использования пакетов повлияло на то, что они стали быстро распространяться на территории различных стран. [1]

Полиэтилен прочно вошёл в нашу жизнь. Практически каждый человек пользуется полиэтиленовыми пакетами.

Согласно подсчетам аналитиков производство полиэтиленовых мешков и пакетов будет неуклонно расти, что приведет к непоправимому ущербу окружающей среды. [2]

По результатам аналитической работы экспертов, скоро отходы из полиэтилена достигнут 10% от массы всех ТБО. В связи с этим экологами выдвигается мысль о полном отказе от производства подобной продукции и возвращения к бумажным пакетам, которые представляются более экологичными. Однако полиэтиленовые пакеты более удобные и практичные. [3]

Обычный полиэтилен не подвергается гниению долгие десятки лет, утилизация его путем сжигания также не выгодна, так как при этом образуется большое количество вредных примесей в атмосфере.

Поэтому утилизация полиэтилена требует постоянного усовершенствования технологического процесса. [1]

1 Методы переработки полимерных материалов

Утилизацией, или рециклом, называется любое повторное использование отходов. Образование и накопление твёрдых отходов человеческой деятельности является общемировой проблемой из-за своих экономических и экологических последствий. Важной составной частью её является проблема утилизации разнообразных по строению и свойствам полимерных отходов, имеющих свои особенности. Хотя содержание отработанных полимерных изделий в бытовых отходах относительно невелико (около 7-8 % по массе), низкая плотность делает эти отходы хорошо заметными (около 18-20 % по объёму). По причине высокой стойкости к воздействию окружающей среды данные материалы сохраняются в естественных условиях в течение длительного времени. Учитывая такие свойства полимерных материалов, как высокая устойчивость к физической, химической, биологической деструкции и в то же время постепенное выделение токсичных соединений, проблема их утилизации имеет экологическое значение. Однако в настоящее время проблема переработки отходов полимерных материалов становится актуальной не только с позиций охраны окружающей среды. При дефиците органического сырья полимерные отходы становятся богатым материальным и энергетическим ресурсом, то есть важным экономическим фактором. Их повторное использование позволяет сократить использование естественных ресурсов, снизить выбросы в окружающую среду и уменьшить потребление энергии.

Полимерные отходы принято делить по источнику образования на отходы производства и потребления; вид отходов определяет варианты их утилизации. Полимерные отходы производства перерабатывают преимущественно по 2 направлениям:

для производства того же продукта, при изготовлении которого образовался данный вид отходов, или аналогичного продукта;
для изготовления менее ценных изделий.

Гораздо большую проблему составляет утилизация полимерных отходов потребления из-за масштабов их образования, неоднородности состава и высокой степени загрязнения. Здесь можно выделить 3 направления утилизации в рамках материального или энергетического рецикла:

механическая переработка с получением новых материалов того же химического состава;
химическая или термическая переработка (деполимеризация или иные химические превращения) с получением сырья для промышленности;
производство энергии, т.е. сжигание в качестве твердого топлива. [4]

Полимерные отходы

Производство строительных материалов и дорожных покрытий

Повторное использование

Разложение

Уничтожение

Деполимеризация

Био- и фотодеградация

Термоформование

Растворение

Измельчение

Крекинг

Пиролиз

Сжигание

Захоронение

Получение многокомпонентных систем

Схема 1 – Применяемые методы решения проблемы полимерных отходов

1.1 Сжигание полимерных материалов

При сжигании полимеров уничтожаются ценные вещества и материалы. Продуктами сжигания в лучшем случае являются вода и углекислый газ, а это значит, что не удается вернуть даже исходных мономеров, полимеризацией которых получали уничтожаемые полимеры. Кроме того выделение в атмосферу больших количеств углекислого газа CO₂ приводит к глобальным нежелательным эффектам, в частности к парниковому эффекту. Но еще хуже, что при сжигании образуются вредные летучие вещества, которые загрязняют воздух , воду и землю. Сжигать целесообразно только некоторые типы пластмасс, потерявших свои свойства, для получения тепловой энергии. Например, тепловая электростанция в г. Вульвергемтоне (Великобритания) впервые в мире работает не на газе и не на мазуте, а на старых автомобильных покрышках. Осуществить этот уникальный проект, позволяющий обеспечить электроэнергией 25 тыс. жилых домов, помогло английское Управление по утилизации неископаемых видов топлива.

Сжигание некоторых видов полимеров сопровождается образованием токсичных газов: хлорида водорода, оксидов азота, аммиака, цианистых соединений и др., что вызывает необходимость мероприятий по защите атмосферного воздуха. Кроме того, экономическая эффективность этого процесса является наименьшей по сравнению с другими процессами утилизации пластмассовых отходов. Тем не менее, сравнительная простота организации сжигания определяет довольно широкое его распространение на практике.. [5]

1.2 Захоронение полимерных материалов

Такие материалы и вещества как пластик, пластмасса, различные виды полимеров естественным путем будут утилизироваться десятки, некоторые - даже сотни лет.

Полигоны захоронения ТБО - это сложные инженерные сооружения, они должны быть оборудованы по специальной технологии. Дно свалки, имеющее небольшой уклон, выстилается прочной полиэтиленовой пленкой. Насыпаемый ежедневно слой отходов должен разравниваться и уплотняться специальными катками, затем засыпаться слоем песка или глины, выравниваться, уплотняться вновь и застилаться слоем прочной пленки. Внизу свалки должен находиться сборник фильтрующихся жидкостей, которые регулярно вывозятся на переработку. После заполнения свалки под нулевой уровень должна проводиться рекультивация, то есть засыпка слоем песка и грунта, посадка травы и растений, другие необходимые работы.

Перед отправкой отходы должны быть отсортированы и в зависимости от их содержания направлены на различные полигоны. Сейчас есть тенденция после сортировки отходов прессовать их в брикеты со значительным уменьшением объема.

Однако большинство существующих свалок нельзя назвать «санитарными». На свалках нет системы отвода и обезвреживания фильтрата, специальных обвалов по границам, не проводится послойная укладка отходов, прессование, засыпание грунтом, нет специализированной техники. На территории свалок складируют абсолютно несортированные отходы, в том числе отходы химической отрасли промышленности и, что очень серьезно, токсичные. Частенько на свалках мусор поджигается для уменьшения его объема и продления срока службы свалки. Но такое горение идет плохо, и к тому же сопровождается дымом и жутким зловонным запахом, к тому же оно способствует образованию опасных химических веществ из-за присутствия полимеров, химикатов и других материалов.

Учитывая, что производство полимеров растет, захоронение полимерных материалов на полигонах не является целесообразным методом утилизации. [6]

1.3 Вторичная переработка полимерных материалов

Вторичная переработка отходов получила широкое распространение во многих странах мира. Этим путем смешанные отходы из полимерных материалов могут перерабатываться в изделия различного назначения (строительные панели, декоративные материалы и т.п.). В США, где особенно велико использование полиэтилентерефталатной тары, принята и реализуется национальная программа, в соответствии с которой к началу XXI столетия уровень вторичной переработки бутылок из ПЭТФ будет доведен до 25-30% (по сравнению с 9-10% в начале девяностых годов). Программа предусматривает выполнение четырех этапов: -организация сбора использованной тары у населения; - сортировка собранного сырья;
- переработка (предварительная и окончательная) в изделия народнохозяйственного назначения;

- сбыт получаемых изделий.

Программа предусматривает также создание пунктов сбора по всей стране с привлечением до 50% всего населения, координационных центров, налаживание различных связей, рекламу, публикацию сведений по сбору отходов, создание банка данных, обучение населения, создание "горячих" линий (до 800) для передачи своевременной информации и др. мероприятия. Одним из перспективных направлений в этой области является производство гранулята из отсортированного сырья с использованием различных добавок, повышающих его качество (стабилизаторов, красителей, модификаторов и др.), идущего на переработку в изделия различными способами переработки.

Важной предпосылкой для переработки полимерных отходов является чистота их сортов. На сортировочных установках (линиях) с применением ленточной проводки производится ручное разделение подаваемой упаковки на определённые фракции. Механическому разделению, в основном, предшествует измельчение использованной упаковки. В качестве способов сортировки известны следующие:

гидроциклонный способ, при котором очищенные и измельчённые упаковочные вещества из пластмассы различных сортов подаются в наполненный водой цилиндр, где за счёт центробежных сил происходит разделение материалов на лёгкую и тяжёлую фракции в зависимости от их массы;
способ погружения в воду, при котором очищенные и измельчённые упаковочные вещества из пластмассы различных сортов разделяются при опускании их в воду на лёгкую и тяжёлую фракцию по весу;
инфракрасный способ, при котором сортировочная лента освещается инфракрасным светом, различное отражение которого от пластмасс различных типов регистрируется сенсорами, за счёт чего и производится их сортировка.

Перед переработкой пластики сложной структуры могут быть преобразованы в крупнозернистый агломерат, при этом измельчённая упаковка подвергается воздействию высокой температуры, и когда достигается температура плавления, вещество размягчается. Затем агломерат может быть подготовлен различными сухими и мокрыми способами, освобождён от частиц металла и бумаги.

Полученный гранулированный материал может быть использован в качестве вторичного сырья посредством плавления, формования и других способов, обеспечивающих получение новых упаковочных материалов. Вещества, полученные этим способом, часто классифицируются как низкокачественные материалы. Пластмассовые бутылки могут быть отсортированы по объёму и использованы в дальнейшем для различных целей, соответствующих применению полиэтилена высокой плотности, полипропилена и полиэтилентерефталата.

Использование пластмассовых отходов в качестве сырья базируется на разделении полимеров на первоначальные мономеры. Этот способ применяется, например, для производства метанола. В данном случае следует обратить внимание на соблюдение энергетического баланса, так как данный способ является энергетически затратным. Преимущество в этом плане имеет редукционный способ – использование пластмасс в качестве топлива.

Пластмасса, которая не может быть утилизирована и использована в качестве упаковочного материала, может применяться в качестве тяжёлого топлива и угля в доменных печах для получения чугуна, поскольку энергоёмкости использованной пластмассы достаточно для замены первичного сырья типа природного газа. [7]

2 Утилизация полиэтиленовых пакетов

Полиэтилен в качестве упаковочного материала имеет массу достоинств. Он достаточно прочен, легок, хорошо окрашивается, устойчив к различным атмосферным воздействиям. Однако некоторые его преимущества оборачиваются недостатками. Дело в том, что он очень стоек к воздействию бактерий и микроорганизмов. Достаточно сказать, что разложение полиэтилена в природной среде занимает более двухсот лет, и поэтому для того, чтобы не засорять им природу, требуется применять эффективные методы утилизации.

Самый простой способ избавиться от полиэтиленовых отходов – это просто их сжечь. Однако при этом в атмосферу выделяется много различных токсичных веществ, что пагубно сказывается на окружающей природе. Поэтому в настоящее время все большее распространение получают другие методы утилизации, или рециклинга полиэтилена. Однако прежде чем утилизировать использованные полиэтиленовые пакеты, их нужно собрать, что в большинстве случаев означает просто выбрать из бытового мусора. Далее, согласно технологии переработки, исходное сырье требуется предварительно промыть в специальных промывочных машинах, входящих в комплект перерабатывающих линий. После промывки полиэтиленовые отходы попадают в так называемую дробилку, где они тщательно измельчаются. Следующий этап переработки полиэтилена – это обработка его в центрифуге, где происходит удаление лишней влаги, а также различных случайных твердых примесей (стекла, бумаги и т.п.). Далее происходит окончательная промывка вторичного полиэтиленового сырья. Сточные воды, образующиеся при этом, через специальные очистные сооружения удаляются, а полиэтилен поступает в специальную сушильную камеру, в которой сначала происходит механическая сушка, а затем – термическая обработка. Таки образом, в результате переработки полиэтилена на выходе получается вторичное сырье, которое пригодно для повторного использования. К примеру, из него методом экструдирования с добавлением определенных добавок изготавливают полиэтиленовые трубы, пленку и т.п.

Переработка полиэтилена должна производиться с соблюдением определенного регламента и требований техники безопасности. В процессе переработки из полиэтилена не должны выделяться вредные вещества в пределах превышающих установленные нормы, так называемые ПДК (предельно допустимую концентрацию). Полиэтилен низкого давления, из которого обычно изготавливаются пакеты, при нагревании свыше определенного предела выделяет аэрозоль, являющийся легковоспламеняющимся и взрывоопасным. Соответствующими нормативными документами определены и другие требования, которые должны соблюдаться в процессе переработки полиэтилена. [8]

3 Вторичная переработка полиэтиленовых пакетов

Из вторичного полиэтилена обычно изготавливают канистры, трубы, техническую пленку, изоляцию, формы для тротуарной плитки. (Приложение В)

Сбор и хранение

Предварительная сортировка

Подготовка для транспортирования

Измельчение

Основная сортировка

Промывка

Сушка

Агломерация

Литье под давлением

Экструзия

Схема 3 - Основные стадии вторичной переработки полиэтиленовых пакетов

Сбор и хранение. Использованные полиэтиленовые пакеты выбрасывают в контейнеры вместе с остальным мусором. После этого его отвозят в место дальнейшей переработки.

Предварительная сортировка. На этой стадии изделия сортируются по внешнему виду и физическим свойствам.

Подготовка для транспортирования. На данной стадии уменьшается объем отсортированных материалов для удобства перевозки в места хранения или дальнейшей переработки.

Измельчение. Операция проводится для улучшения и ускорения следующих физических и химических превращений. Чем больше поверхность материала, тем интенсивнее идет процесс.

Основная сортировка. Материал вновь сортируется, а затем обогащается состав основного материала.

Промывка. На этой стадии устраняются загрязнения материала, что обеспечивает чистоту получаемого продукта.

Сушка. Материал избавляют от излишков влаги и устраняют слипание продукта.

Агломерация. При переработке пленочных отходов полимеров необходима агломерация - спекание дробленых кусков пленки в мелкие шарики неправильной формы. В зависимости от возможностей агломератора и квалификации оператора размер получаемого агломерата варьируется от 0,5 до 5,0 мм в диаметре. Как правило, крупный агломерат получается на агломераторах с большой производительностью (свыше 200 кг/час). Чем мельче полученный агломерат, тем более он применим в качестве вторичного сырья без дополнительной стадии гранулирования.

Агломератор представляет собой устройство периодического действия и может быть использован как для проведения полного цикла переработки, так и для отдельных этапов: например, только агломерация или только подсушка материала. В сочетании с предварительным измельчением на дробилке производительность агломератора повышается. Полученный агломерат либо продают как готовое к использованию в экструзионных линиях или литьевых машинах сырье, либо гранулируют его для очистки от пыли и мелких инородных частиц, что повышает стоимость сырья. [9]

Экструзия – это непрерывный технологический процесс, при котором исходный материал, имеющий высокую вязкость в жидком состоянии, продавливается через экструзионную головку, фильеру. Методом экструзии изготавливают погонажные изделия, например трубы, профили, пленки, листы и т.д.

Последовательность стадий процесса приведена ниже:

пластикация сырья в виде гранул или порошка;
дозирование пластицированного расплава через фильеру, которая придает ему требуемую форму (например, рукава или плоской пленки);
охлаждение и фиксирование требуемой формы;
намотка в рулоны.

Стадии 1 и 2 происходят в экструдере, стадии 3 и 4 являются вспомогательными. [10]

Литье под давлением. Метод весьма технологичен, обеспечивает высокую производительность, хорошо автоматизируется и не требует проведения последующей механической обработки. Перед производством гранулы просушиваются для удаления излишков влаги, а затем засыпаются в приемный бункер термопластавтомата. Оттуда пластик ссыпается непосредственно в шнек машины, где расплавляется и под действием поршня подается с высоким давлением в пресс-форму. Расплав проходит через литниковые каналы, и с большой скоростью заполняет полость пресс-формы, после чего форма охлаждается и материал застывает, образуя пластиковую деталь. Пресс-форма раскрывается, деталь выпадает, и цикл повторяется вновь. [11]

4 Агломератор для переработки полиэтилена

Установка агломерирования предназначена для вторичной переработки полимерной пленки, бывших в использовании полиэтиленовых пакетов и отходов переработки утилизированных изделий с последующим использовании в производстве ТНП. На установке получают гранулы размером от 2 до 25 мм. (Приложение А)

На агломераторе перерабатывают различные полимерные пленки, изготовленные из различных материалов: полиэтилен высокого давления (полиэтилен низкой плотности), полиэтилен низкого давления (полиэтилен высокой плотности), а так же стрейч-пленка.

Агломератор состоит из корпуса, станины, на которой смонтированы все узлы аппарата, рабочей камеры для загрузки перерабатываемого материала; ножей для измельчения пленочных отходов, вращающихся от электродвигателя; крана для подачи воды в рабочую камеру в режиме отмывки отходов и крана для введения в камеру требуемого объема «шоковой» воды при использовании аппарата в режиме агломерации, а также заслонки, через которую производится выгрузка готового продукта после отработки технологического цикла. Отходы загружаются в рабочую камеру агломератора и промываются водой. Далее производится их резка вращающимися ножами. За счет механической энергии трения измельченных частиц материала о стенки рабочей камеры и между собой происходит его нагрев до 100 градусов по шкале Цельсия. После подачи «шоковой» воды в камеру происходит агломерация массы материала, т.е. превращение его в гранулы. Затем через заслонку производится выгрузка готового продукта. [12]

5 Производственная линия сортировки мусора

Мобильная мусоросортировочная линия, производительностью 60 000 тонн в год в одну смену, предназначена для сортировки мусора ТБО с целью получения вторичного сырья: пластика, картона, бумаги, стекла, текстиля, цветных и черных металлов.

Схема 5 – Мобильная линия по сортировке мусора

В состав мусоросортировочной линии входят основные узлы:

Открыватель мешков;
Подводящий контейнер;
Баллистический сепаратор;
Сортировочная кабина;
Контейнер-сборник;
Подводящий конвейер;
Пакетировочный пресс.

Последовательность технологии производства мусороперерабатывающей линии: пребывающие автомобили с ТБО осуществляют разгрузку мусора на специально огороженной площадке. Затем погрузчик загружает ТБО в бункер, с установленным открывателем мешков с разрывающим барабаном, где происходит вскрытие пакетов с мусором. Из загрузочного бункера с помощью транспортера мусор попадает в баллистический сепаратор, который представляет собой барабан, обшитый металлической сеткой. В процессе вращения барабана, мусор проходит через весь сепаратор и, как следствие, мелкие фракции, непригодные для дальнейшей переработки, отсеиваются. Затем оставшийся мусор попадает в сортировочную кабину, где происходит отбор вторсырья на селективный мусор. Отобранное вторсырье накапливается для последующего пакетирования и складирования. [13]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Важность утилизации отходов имеет как экологические, так и ресурсосберегающие причины. Многие материалы в природе ограничены, а время их восполнения значительно превышает сроки жизни нескольких поколений людей. Скапливаясь, отходы загрязняют окружающую среду. Есть среди них такие, срок разложения, которых в естественных условиях измеряется столетиями. Избежать их накопления можно, в частности, применяя их переработку и возврат в качестве вторичного сырья в промышленные процессы. При этом зачастую достигается существенная экономия природных ресурсов, энергии на их переработку, а также трудозатрат.

Преимущества вторичной переработки материалов для среды обитания человека очевидны:

сокращение объема выбросов и отходов на производство;
сокращение удаляемых и сжигаемых отходов;
сокращение расхода энергии и природных материалов в производстве.

Поэтому каждый человек должен, для начала, понять — что выброшенный им в сторону мусор никуда не пропадает, и кто-то всё равно должен решать сложную задачу по его сбору и утилизации. [14]

СПИСОК ИСПОЛЬЗЦЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Полиэтиленовые пакеты, их преимущества и недостатки//[Электронный ресурс].– Режим доступа: http://www.barackobama.ru/nodes/polietilenovye_pakety_ih_preimuwestva_i_nedostatki/ .
Полиэтилен и экология: мифы или реальность//ООО «Бизнес Столица» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://mospaket.com/polietilen-ekologiya .
Утилизация//Современная промышленность в бизнесе [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.business-equipment.ru/utilizaciya/utilizaciya-polietilena.html .
Полимерные отходы – актуальная экологическая и экономическая проблема// КЛУБ УЧЁНЫХ-ЭСПЕРАНТИСТОВ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ekscio.narod.ru/rest.htm.
Переработка отходов пластмасс. – Режим доступа: http:// bibconvdocs.org
Захоронение ТБО на специальных полигонах//ГлавМусор [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://glavmusor.ru/articles/Zaxoronenie_TBO_na_specialnyx_poligonax/.
Способы утилизации упаковки//Об упаковке. Для упаковки [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://article.unipack.ru/42745/?rss=1.
Переработка полиэтиленовых пакетов////ООО «Бизнес Столица» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://mospaket.com/pererabotka-polietilena
Вторичная переработка полимеров//ТехноПласт [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://tehno-plast.ru/cgi-bin/t.pl?040224.
Изделия, изготавливаемые методом экструзии//Новые технологии переработки пластмасс [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.polymery.ru/production.php?cat_id=6&cat_parent=0.
Процесс литья пластмасс под давлением//ВЗРТ-Арсенал [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.vzrt.ru/plastic_injection_technology.php.
Принцип работы агломератора//Полимерный Бум [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.polybum.com/equipment/aglom/agl1/.
Мобильная линия по сортировке мусора// ЭкоРегионАльянс [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ekoregionalyans.com/mobilnaya-liniya-po-sortirovke-she
Значение вторичной переработки отходов//Эко ТехПром-Юг [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.musor1.ru/articles/znachenie-vtorichnoj-pererabotki-othodov/.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Схема агломератора

Приложение А

1 – бочка, 2 – нож, 3 – траверса, 4 – электродвигатель, 5 – станина, 6 – шпиндель

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Общий вид линии переработки

Приложение Б

Линия по очистке сырья (промывка, сушка, измельчение)

Агломератор

Экструдер выдувной Аппарат для литья под давлением